CN112157644B - 一种堆外核探测器辅助安装机器人系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种堆外核探测器辅助安装机器人系统，包括驱动系统、控制系统和探测器安装装卸系统；驱动系统包括设置在移动小车上底盘四角的麦克纳姆轮和一组驱动模块，驱动模块包括设置在移动小车底盘上的底盘电机和减速器；控制系统包括设置于移动小车底盘上的控制箱；控制箱内集成控制器；控制器分别与无线通信设备、视频监控系统、传感器信息采集单元和伺服驱动系统连接；伺服驱动系统与执行机构连接。本发明采用移动车体，并在车体上设置探测器安装装卸系统，实现自动辅助安装堆外核探测器；且本发明车体占用空间小，实用性强，结构简单，成本低，为解决核工程项目维修人员装卸和安装堆外核测探测器时受到的辐照剂量问题，提供可靠保障。

Description

一种堆外核探测器辅助安装机器人系统
技术领域
本发明属于堆外核机器人的技术领域，具体涉及一种堆外核探测器辅助安装机器人系统。
背景技术
堆外核测仪表系统是安全级设备，通过测量从反应堆堆芯泄漏的中子注量率，连续监测反应堆功率、功率水平变化和功率分布，是反应堆保护系统和电厂五大控制系统的重要输入参数。而堆外核测探测器是堆外核测仪表系统的眼睛，布置在反应堆压力容器外围，直接探测堆芯泄漏的中子注量率水平。
目前堆外探测器采用从堆腔底部向上安装的方式，这种安装方式受限于堆腔底部狭小的安装空间，堆外核测探测器必须使用专用工具分节安装，因此操作步骤繁琐复杂，需要相当长的安装时间，由于停堆24小时后堆腔底部辐照剂量非常高，维修人员需直接进入堆腔底部的高辐射、狭窄空间进行装卸和安装等操作,即使维修人员穿戴全套辐射防护服，也会受到很大剂量的照射。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的上述不足，提供一种堆外核探测器辅助安装机器人系统，以解决核工程项目中，维修人员直接进入堆腔底部作业，承受大剂量辐照风险的问题。
为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：
一种堆外核探测器辅助安装机器人系统，其包括驱动系统、控制系统和探测器安装装卸系统；驱动系统包括设置在移动小车上底盘四角的麦克纳姆轮和一组驱动模块，驱动模块包括设置在移动小车底盘上的底盘电机和减速器；控制系统包括设置于移动小车底盘上的控制箱；控制箱内集成控制器；控制器分别与无线通信设备、视频监控系统、传感器信息采集单元和伺服驱动系统连接；伺服驱动系统与执行机构连接。
优选地，无线通信设备包括用于实现控制信号、视频图像传输的无线AP；视频监控系统包括视频录像机和高清网络摄像头；传感器信息采集单元包括基于EBUS总线的采集模块。
优选地，探测器安装装卸系统包括第一相机、螺钉装配装卸机构、探测器升降模块和探测器固定模块。
优选地，第一相机安装于金属板顶部。
优选地，探测器升降模块包括齿轮电机、托盘丝杆电机；与齿轮电机连接的驱动齿轮与探测器水平调节齿轮啮合连接；探测器水平调节齿轮与探测器托盘活动连接，探测器托盘通过第一固定板与第一滑块固定连接；托盘丝杆电机通过托盘丝杆与第一滑块连接，第一滑块设置于托盘导轨中。
优选地，探测器固定模块包括固定模块丝杆电机、手爪组件丝杆电机、下手爪丝杆电机和上手爪丝杆电机；固定模块丝杆电机与设置有第二滑块的固定模块丝杆驱动连接，第二滑块通过第二固定板与手爪组件丝杆的底座固定连接；上手爪丝杆电机通过上手爪丝杆与上手爪连接；手爪组件丝杆电机与手爪组件丝杆连接；下手爪丝杆电机通过下手爪丝杆与下手抓驱动连接。
优选地，探测器固定模块还包括抱紧组件；抱紧组件包括金属板、U型板、第三固定板、第一电机；第三固定板与托盘导轨固定连接，金属板与U型板活动连接，电机与金属板驱动连接。
优选地，螺钉装配装卸机构包括内六角板头、板头驱动箱、第二相机、第二电机、第三电机、第四电机；内六角板头与板头驱动箱连接，第二相机设置于板头驱动箱上方；第二电机、第三电机、第四电机分别与第一水平导轨、第二水平导轨、垂直导轨内的丝杆转动连接；第一水平导轨、第二水平导轨、垂直导轨上分别固定第一滑块、第二滑块和第三滑块；板头驱动箱固定于滑块上。
优选地，螺钉装配装卸机构与托盘导轨固定连接。
优选地，板头驱动箱内设置抱闸制动器和限位传感器。
本发明提供的堆外核探测器辅助安装机器人系统，具有以下有益效果：
本发明采用移动车体，并在车体上设置探测器安装装卸系统，实现自动辅助安装堆外核探测器；且本发明车体占用空间小，实用性强，结构简单，成本低，为解决核工程项目维修人员装卸和安装堆外核测探测器时受到的辐照剂量问题，提供可靠保障。
附图说明
图1为堆外核探测器辅助安装机器人系统的总体结构正视图。
图2为图1中一个视角的侧视图。
图3为堆外核探测器辅助安装机器人系统的探测器升降模块。
图4为堆外核探测器辅助安装机器人系统的探测器固定模块。
图5为堆外核探测器辅助安装机器人系统的探测器抱紧组件。
图6为堆外核探测器辅助安装机器人系统的螺钉装配装卸机构。
图7为堆外核探测器辅助安装机器人系统的螺钉装配装卸机构中相机反馈的信息。
图8为堆外核探测器辅助安装机器人系统的控制系统的流程图。
其中，1、麦克纳姆轮；2、底盘电机；3、底盘；4、探测器水平调节齿轮；5、探测器托盘；6、第一滑块；7、齿轮电机；8、托盘丝杆；9、托盘导轨；10、金属板；11、上手爪；12、下手爪；13、手爪组件丝杆；14、第一相机；18、固定模块丝杆；19、固定模块丝杆电机；20、第四固定板；21、第二滑块；22、手爪组件丝杆电机；23、手爪组件滑块；24、下手爪丝杆电机；25、第一固定板；26、托盘丝杆电机；27、驱动齿轮；28、U型板；29、第三固定板；30、第一电机；31、下手爪丝杆；32、上手爪丝杆电机；33、上手爪丝杆；34、第二固定板；35、电池组；36、绕线盘；37、控制箱；38、支架；40、内六角板头；41、板头驱动箱；42、第二相机；43、第二电机；44、第一水平导轨；45、第三电机；46、第二水平导轨；47、第四电机；48、垂直导轨；49、第一滑块；50、第二滑块；51、第三滑块；52、探测器井；53、上一级探测器；54、固定环；55、螺钉；56、V型标记；57、下一级探测器。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
根据本申请的一个实施例，参考图1，本方案的堆外核探测器辅助安装机器人系统，包括驱动系统、控制系统和探测器安装装卸系统。
以下将对上述系统进行详细描述
驱动系统，参考图1，包括移动小车底盘3四角布置的麦克纳姆轮1和一组驱动模块，驱动模块包括设置在移动小车底盘3的底盘电机2和减速器。
参考图2，电池组35固定连接于支架38内，绕线盘36和控制箱37分别固定连接在支架38上端，将探测器的线缆缠绕在绕线盘36上，便于探测器运输和安装。
探测器安装装卸系统包括第一相机14、螺钉装配装卸机构、探测器升降模块和探测器固定模块。
其中，参考图3，探测器升降模块，包括探测器水平调节齿轮4、探测器托盘5、第一滑块6、齿轮电机7、托盘丝杆8、托盘导轨9、第一固定板25、托盘丝杆电机26、驱动齿轮27。
其工作原理为：
探测器托盘5通过第一固定板25与第一滑块6固定连接，当通过第一相机14反馈的信息，底盘电机2驱动麦克纳姆轮1，使机器人运输探测器至正确位置时，托盘丝杆电机26驱动托盘丝杆8转动，带动第一滑块6在托盘导轨9中升降，使探测器从堆腔底部向上安装，齿轮电机7带动驱动齿轮27转动，使活动装配在探测器托盘5上面的探测器水平调节齿轮4转动，来调节探测器在托盘5中的水平位置，以便探测器处于更正确的安装位置。
参考图4，探测器固定模块，包括上手爪11、下手爪12、手爪组件丝杆13、探测器固定模块丝杆18、探测器固定模块丝杆电机19、第四固定板20、第二滑块21、手爪组件丝杆电机22、手爪组件滑块23、下手爪丝杆电机24、下手爪丝杆31、上手爪丝杆电机32、上手爪丝杆33、第二固定板34。
其工作原理为：
第四固定板20与托盘导轨9固定连接，探测器固定模块丝杆电机19驱动探测器固定模块丝杆18转动，使得第二滑块21升降，第二滑块21通过第二固定板34与手爪组件丝杆13的底座固定连接，当上手爪丝杆电机32驱动上手爪丝杆33，使得上手爪11抱住核堆腔底部探测器井，进而手爪组件丝杆电机22驱动手爪组件丝杆13转动，使得第二滑块21上升到脱离探测器固定模块丝杆18，当探测器托盘5将探测器向上安装至探测器井内合适位置时，此时探测器固定模块丝杆18驱动下手爪丝杆31转动，使得下手爪12抱紧探测器，最终使探测器固定在堆腔底部的探测器井52内。
参考图5，探测器固定模块还包括抱紧组件，其包括金属板10，U型板28、第三固定板29、第一电机30。
通过第三固定板29与托盘导轨9固定连接，金属板10与U型板28活动连接，第一电机30驱动金属板10向中间转动，使得U型板28固定住探测器托盘5中的探测器，以免探测器在运输过程中出现掉落。
参考图6，螺钉装配装卸机构包括内六角板头40、板头驱动箱41、第二相机42、第二电机43、第一水平导轨44、第三电机45、第二水平导轨46、第四电机47、垂直导轨48、第一滑块49、第二滑块50、第三滑块51。
螺钉装配装卸机构与托盘导轨9固定连接，当探测器被安装在探测器井内时，利用相机42实时反馈图7中的信息，探测器井52、上一级探测器53、固定环54、螺钉55、“V”型标记56、下一级探测器57。
计算出“V”型标记56的偏移角度，齿轮电机7驱动探测器水平调节齿轮4转动，直至“V”型标记56对齐，然后第二相机42识别出螺钉55的位置，进而第二电机43、第三电机45、第四电机47、分别驱动第一水平导轨44、第二水平导轨46、垂直导轨48内的丝杆转动，分别使第一滑块49、第二滑块50、第三滑块51运动，最后使内六角板头40对准探测器的六角螺钉位置，驱动内六角板头40转动的电机带有抱闸制动器和限位传感器，当旋拧螺钉时所受阻力大于设定的阈值时，螺钉装配成功，内六角板头40停止工作。
参考图8，控制系统包括设置于移动小车底盘上的控制箱；控制箱内集成控制器；控制器分别与无线通信设备、视频监控系统、传感器信息采集单元和伺服驱动系统连接；伺服驱动系统与执行机构连接。
无线通信设备会向控制器发送指令，再由控制器发送给传感器、伺服驱动系统，使相应执行机构执行指令，控制器也接收相机、驱动系统、传感器反馈的信息。
控制箱还包括动力电池组、电机驱动器、无线通信系统、视频录像系统、传感器信息采集单元；控制系统运动控制总线为EtherCAT总线；电机驱动器为各电机提供工作所需能量，驱动器间控制信号通过EtherCAT总线进行连接；无线通信系统包括无线AP，用于实现控制信号、视频图像传输；视频录像系统包括视频录像机和高清网络摄像头，实现对工作环境现场视频实时采集并录像；传感器信息采集单元包括基于EBUS总线的采集模块，实现对各传感器信息采集。
相对于传统技术，本发明具有以下技术特点：
1、机器人在对探测器进行旋转、升举的过程中，机器人出现意外掉电，设备将保持原状态不变；
2、装配过程中，完成当前工作时，机器人的探测器固定模块通过上下手爪将当前及以前的探测器抱死，并脱离探测器固定模块丝杆，机器人可退出执行下一个探测器装配任务；
3、装配过程中，机器人基于视觉技术和力矩控制技术实现螺钉自动拧紧工作；
4、探测器升降模块，托盘连接滑块装配于丝杆上，且托盘上活动装配齿轮，实现探测器的升降和旋转。
5、动力电池组为可快拆、可更换电池组。
本发明采用移动车体，并在车体上设置探测器安装装卸系统，实现自动辅助安装堆外核探测器；且本发明车体占用空间小，实用性强，结构简单，成本低，为解决核工程项目维修人员装卸和安装堆外核测探测器时受到的辐照剂量问题，提供可靠保障。
虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。

Claims (2)

1.一种堆外核探测器辅助安装机器人系统，其特征在于：包括驱动系统、控制系统和探测器安装装卸系统；所述驱动系统包括设置在移动小车上底盘四角的麦克纳姆轮和一组驱动模块，驱动模块包括设置在移动小车底盘上的底盘电机和减速器；所述控制系统包括设置于移动小车底盘上的控制箱；所述控制箱内集成控制器；所述控制器分别与无线通信设备、视频监控系统、传感器信息采集单元和伺服驱动系统连接；所述伺服驱动系统与执行机构连接；
所述无线通信设备包括用于实现控制信号、视频图像传输的无线AP；所述视频监控系统包括视频录像机和高清网络摄像头；所述传感器信息采集单元包括基于EBUS总线的采集模块；
所述探测器安装装卸系统包括第一相机、螺钉装配装卸机构、探测器升降模块和探测器固定模块；
所述第一相机安装于金属板顶部；
所述探测器升降模块包括齿轮电机、托盘丝杆电机；与所述齿轮电机连接的驱动齿轮与探测器水平调节齿轮啮合连接；探测器水平调节齿轮与探测器托盘活动连接，探测器托盘通过第一固定板与第一滑块固定连接；所述托盘丝杆电机通过托盘丝杆与第一滑块连接，第一滑块设置于托盘导轨中；
所述探测器固定模块包括固定模块丝杆电机、手爪组件丝杆电机、下手爪丝杆电机和上手爪丝杆电机；所述固定模块丝杆电机与设置有第二滑块的固定模块丝杆驱动连接，第二滑块通过第二固定板与手爪组件丝杆的底座固定连接；所述上手爪丝杆电机通过上手爪丝杆与上手爪连接；手爪组件丝杆电机与手爪组件丝杆连接；下手爪丝杆电机通过下手爪丝杆与下手抓驱动连接；
所述探测器固定模块还包括抱紧组件；所述抱紧组件包括金属板、U型板、第三固定板、第一电机；所述第三固定板与托盘导轨固定连接，金属板与U型板活动连接，电机与金属板驱动连接；
所述螺钉装配装卸机构包括内六角板头、板头驱动箱、第二相机、第二电机、第三电机、第四电机；所述内六角板头与板头驱动箱连接，第二相机设置于板头驱动箱上方；所述第二电机、第三电机、第四电机分别与第一水平导轨、第二水平导轨、垂直导轨内的丝杆转动连接；所述第一水平导轨、第二水平导轨、垂直导轨上分别固定第一滑块、第二滑块和第三滑块；所述板头驱动箱固定于滑块上；
所述螺钉装配装卸机构与托盘导轨固定连接。
2.根据权利要求1所述的堆外核探测器辅助安装机器人系统，其特征在于：所述板头驱动箱内设置抱闸制动器和限位传感器。
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